Ιατρική Φυσική. Π. Παπαγιάννης Επίκ. Καθηγητής, Εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής, Ιατρική Σχολή Αθηνών Γραφείο

Transcript

1 Ιατρική Φυσική Π. Παπαγιάννης Επίκ. Καθηγητής, Εργαστήριο Ιατρικής Φυσικής, Ιατρική Σχολή Αθηνών Γραφείο PHYS215

2 Ιατρική Φυσική: Δοσιμετρία Ιοντίζουσας Ακτινοβολίας Βιολογικές επιδράσεις Ακτινοπροστασία Βιβλιογραφία: κεφ. 2-5 από το σύγγραμμά σας Προτεινόμενα ξενόγλωσσα συγγράμματα: F. H. Attix, Introduction to radiological physics & radiation dosimetry P. Mayles, A. Nahum, J.C. Rosenwald, Handbook of Radiotherapy Physics

3 Δοσιμετρία Ιοντίζουσας Ακτινοβολίας 1. εισαγωγή / μεγέθη για την περιγραφή του πεδίου ακτινοβολίας 2. αλλ/δραση φωτονίων-ύλης: δοσιμετρικά μεγέθη 3. αλλ/δραση φορτισμένων σωματιδίων-ύλης: δοσιμετρικά μεγέθη 4. υπολογιστική δοσιμετρία 5. πειραματική δοσιμετρία 6. βιολογικές επιδράσεις 7. ακτινοπροστασία

4 Απώλεια ενέργειας κατά την διαδρομή φορτισμένων σωματιδίων στην ύλη a. Electron recoiling from collision with beam (K - ) b. Electron recoiling from collision with photon g. Interaction of a neutral particle (neutron) with a proton. The recoiling proton leaves the dark track /Bubble.htm

5 Απώλεια ενέργειας κατά την διαδρομή φορτισμένων σωματιδίων στην ύλη m, z b>>a: soft collisions Διεγέρσεις, ιονισμοί b~a: hard collisions Διεγέρσεις, ιονισμοί με πιθανή μεγάλη μεταφορά Ε b~rnuc: elastic collisions + bremsstrahlung Εκπομπή Η/Μ ακτινοβολίας b<rnuc: nuclear reactions

6 Απώλεια ενέργειας κατά την διαδρομή φορτισμένων σωματιδίων στην ύλη Απώλεια ενέργειας λόγω διεγέρσεων & ιονισμών Μεγάλος αριθμός αλλ/σεων με την κατανομή e - του υλικού, μικρής κατά μέσο όρο απώλειας ενέργειας Απώλεια ενέργειας λόγω εκπομπής Η/Μ ακτινοβολίας Μικρός αριθμός αλλ/σεων με τους πυρήνες του υλικού σημαντικής απώλειας ενέργειας Ελαστικές σκεδάσεις Σημαντικός αριθμός αλληλεπιδράσεων Μηδενική απώλεια ενέργειας Πιθανή αλλαγή κατεύθυνσης

7 Ποσοτικοποίηση της απώλειας ενέργειας Μαζική ανασχετική ισχύς υλικού

8 Απώλεια ενέργειας βαρέων φορτισμένων σωματιδίων λόγω διεγέρσεων & ιονισμών S col de dx col ' 2 2 {[ln( max 0 z mc mc T C r ) 2 2 ] I (1 ) Z 2 2 S col de dx col Απώλεια ενέργειας e- λόγω διεγέρσεων & ιονισμών ( 2 ) mc T T mc r [ln F( T / mc ) ] mc I 2 Από ποιους παράγοντες εξαρτάται η απώλεια ενέργειας ανά μονάδα διαδρομής ή ανασχετική ισχύς ενός υλικού???

9 1/β 2 και Τ

10 Πυκνότητα, <Ζ/Α> και μέση ενέργεια διέγερσης Ι

11 Διόρθωση πυκνότητας ή πόλωσης, δ για σχετικιστικές ταχύτητες

12 Συνολικά: Απώλεια ενέργειας e - λόγω διεγέρσεων & ιονισμών

13 Και για βιολογικά υλικά: Απώλεια ενέργειας e - λόγω διεγέρσεων & ιονισμών mass

14 Απώλεια ενέργειας φορτισμένων σωματιδίων λόγω εκπομπής ακτινοβολίας Από ποιους παράγοντες εξαρτάται η απώλεια ενέργειας ανά μονάδα διαδρομής ή ανασχετική ισχύς ενός υλικού??? de dx rad Z, m 2 2, E

15 Κλάσμα ακτινοβολίας (radiation Yield), Y(Ε 0 ) Το ποσοστό της αρχικής κινητικής ενέργειας των φορτισμένων σωματιδίων, Ε 0, που θα μετατραπεί σε ακτινοβολία πέδησης:

16 Continuous Slowing Down Approximation (CSDA) και εμβέλεια Αν υποθέσουμε ότι όλα τα φορτισμένα σωματίδια μιας δέσμης θα χάνουν ανά μονάδα διαδρομής το ίδιο ποσό ενέργειας, ίσο με την ανασχετική ισχύ του υλικού για την εκάστοτε ενέργειά τους, η εμβέλειά τους, r 0, θα δίνεται ως: Πρακτικά η εμβέλεια των φορτισμένων σωματιδίων μπορεί να διαφοροποιείται λόγω διασποράς στην απώλεια ενέργειας (energy straggling) και της σχετικής σημασίας των ελαστικών σκεδάσεων

17 Εμβέλεια ηλεκτρονίων σε διάφορα υλικά

18 Energy straggling Το εύρος της κατανομής απώλειας ενέργειας των σωματιδίων επηρεάζεται από τις μικρής πιθανότητας αλληλεπιδράσεις με μεγάλη απώλεια ενέργειας (πέδηση, ιονισμοί με μεγάλη μεταφορά ενέργειας)

19 Ελαστικές σκεδάσεις Σημαντικές για ελαφρά φορτισμένα σωματίδια (e) Η μέση γωνία σκέδασης αυξάνει με το Ζ και τη μείωση της ενέργειας. e MeV σε σε θάλαμο φυσαλίδων προπανίου

20 Η σημασία των ελαστικών σκεδάσεων Το μήκος τροχιάς και το βάθος διείσδυσης διαφέρουν από την εμβέλεια e MeV σε σε θάλαμο φυσαλίδων προπανίου

21 Η σημασία των ελαστικών σκεδάσεων x Για ευρείες δέσμες η καμπύλη δόσης-βάθους αυξάνει μέχρι η μείωση της ροής να οδηγήσει στη ραγδαία μείωση της: η δόση στη στοιχειώδη μάζα μεταξύ x και x+dx θα είναι μικρότερη σε βάθος x1 από ότι σε x2 για x1<x2<0,7 της εμβέλειας e MeV σε σε θάλαμο φυσαλίδων προπανίου

22 Καμπύλη δόσης-βάθους φορτισμένων σωματιδίων Καμπύλη Bragg Παρατηρείται μόνο για βαρέα φορτισμένα σωματίδια e - 30 MeV σε νερό